Doklad_po_informatike2 — копия. Операционные системы

• Название: Операционные системы
• Дата: 19.12.2021
• Размер: 1.43 Mb.
• Имя файла: Doklad_po_informatike2 — копия.docx
• Тип: Доклад; #309866

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра РАПС
ДОКЛАД

по дисциплине «Информатика»

на тему: «Операционные системы»

Санкт-Петербург

2018

ОГЛАВЛЕНИЕ

АННОТАЦИЯ 3

ИСТОРИЯ 4

ВВЕДЕНИЕ 6

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПРИНЦИПЫ 7

СТРУКТУРА ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ 10

КЛАССИФИКАЦИЯ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ 11

MS-DOS 13

MICROSOFT WINDOWS 14

LINUX 15

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 16

ЛИТЕРАТУРА 17

АННОТАЦИЯ

В данном докладе изложена информация по теме «Операционные системы» и рассмотрены такие вопросы:

• 
  история развития операционных систем
  
• 
  основные понятия и принципы работы ОС
  
• 
  классификация операционных систем
  
• 
  объекты, поддерживаемые операционной системой: группы пользователей, файлы, задачи и методы работы с ними
  
• 
  управление процессами и взаимодействие между ними
  
• 
  наиболее популярные операционные системы
  

The report contains information on the topic «Operating systems»:

• 
  history of operating systems
  
• 
  main concepts and principles of OS work
  
• 
  operation system classification
  
• 
  objects supported by the operating system: groups of users, files, tasks and working methods with them
  
• 
  process management and their interaction
  
• 
  most popular operating systems
  

ИСТОРИЯ

Первая операционная система GM-NAA I/O была создана в 1956 году Робертом Патриком и Овеном Моком. Она работала на больших машинах. Основной целью операционной системы было последовательное выполнение программ. Также она предоставляла программисту некоторые функции для работы с вводом/выводом.

(GM-NAA I/O – General Motors & North American Aviation Input/Output system)



Рис. 1. GM-NAAI/O

В конце 1960-х годов была разработана операционная система Unix. Взаимодействие с пользователем производилось посредством виртуального устройства — терминала.



Рис. 2. Терминал DEC VT100 использующий ОС Unix

В 1972 году была разработана система PLATO (Programmed Logic for Automated Teaching Operations), которая имела ряд инноваций, таких как оранжевая плазменная панель. Она включала в себя память и функции растровой графики. Это была первая система электронного обучения.



Рис. 3. PLATO

В последующие годы были разработаны более удобные операционные системы, такие как MS-DOS, Windows, Linux. Они получили широкое распространение благодаря удобству использования и большему функционалу.

ВВЕДЕНИЕ

Современные компьютеры состоят из одного или нескольких процессоров, оперативной памяти, жестких дисков, динамиков, клавиатуры, мыши, дисплея, различных кабелей и других устройств. Всё это вместе составляет весьма сложную систему. Следовательно, управление данными компонентами и их оптимальное использование представляет собой очень непростую задачу. Поэтому компьютеры оснащены специальным уровнем программного обеспечения, который называется операционной системой. Она осуществляет управление пользовательскими программами, а также всеми ранее упомянутыми ресурсами.
Актуальность информации, представленной в данном докладе, подтверждается тем, что операционные системы являются необходимой составляющей для работы любого компьютера. Современные операционные системы значительно повышают эффективность рационального использования обычным человеком. Следовательно, очень важно знать основные понятия, касающиеся данной темы, классификацию ОС, ее структуру и остальное.
Целью доклада является освещение основной информации по теме «Операционные системы».
Задачи:

1. 
   описание основных понятий и принципов работы ОС, а также управления процессами и взаимодействия между ними;
   
2. 
   демонстрация различных групп, на которые делятся пользователи, файлы, технические задачи и так далее;
   
3. 
   приведение классификации;
   
4. 
   отдельное рассмотрение популярных операционных систем, таких как: MS-DOS, Microsoft Windows, Linux.
   

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПРИНЦИПЫ

Операционная система — программный комплекс, предоставляющий пользователю среду для установки и прикладных программ и управления ими, а прикладным программам – среду для использования аппаратных ресурсов (внутренних и внешних компонентов компьютера). Расположение операционной системы в структуре программного обеспечения представлено ниже (схема 1).

Сфера работы пользователя Прикладные программы

П Системное программное обеспечение рограмма пользовательского интерфейса

О Сфера работы ядра перационная система

Аппаратное программное обеспечение

Схема 1. Место операционной системы в структуре программного обеспечения

Операционная система предоставляет пользователю базовый набор инструментов и среду для хранения данных, а также средства задания последовательности использования инструментов.
Сеанс – это время, в течение которого пользователь решает одну или несколько задач подряд, используя средства, предоставляемые ОС. В начале любого сеанса пользователь идентифицирует себя, а в конце указывает на необходимость завершения сеанса.
Задание (задача) – это последовательность использования инструментов, записанная на некотором языке.
Входной язык – язык для написания задач.

Для решения задач с помощью операционной системы пользователь формулирует их на входных языках программирования, которые зависят от характера задачи. Ниже приведена Таблица 1, в которой показано, какими языками пользуются пользователи для решения определенных задач.

Группа пользователей	Задача	Входной язык
Системный программист	Расширение функций ОС	Низкоуровневые языки разработки
Прикладной программист	Разработка прикладных программ	Высокоуровневые языки разработки
Системный администратор	Настройка ОС, регистрация пользователей, редактирование реестра	Языки управления средствами администрирования
Прикладной пользователь	Решение прикладных задач при помощи программ	Языки управления заданиями ОС, языки управления программами

Таблица 1. Пользователи, задачи и входные языки

Командный интерпретатор – это программа, основной функцией которой является выполнение команд пользователя либо непосредственно (встроенными в интерпретатор средствами), либо путем вызова других программ. Выполнение заданий в большинстве ОС выполняется именно им. Обычно пользователю предоставляется определенный интерфейс для связи с интерпретатором, команды которого вводятся с клавиатуры, и результат их выполнения отображается на экране.

Терминал – совокупность устройств ввода и устройства вывода. Физический терминал – это клавиатура и монитор. С помощью него пользователь взаимодействует с операционной системой.

Информационное окружение – это среда, содержащая данные и объекты, необходимые для запуска программ. Операционная система выполняет функции управления аппаратными ресурсами, распределяет их среди исполняемых программ пользователя и формирует информационное окружение.

Программа – набор инструкций процессора, хранящийся на диске. Операционная система перемещает код и данные программы в оперативную память и инициирует выполнение программы. Выполняемая программа образует процесс.

Процесс – это совокупность информационного окружения и области памяти, содержащей исполняемый код и данные программы. Обычно в памяти, адресуемой ОС, одновременно выполняется большое количество процессов. Естественно, что на однопроцессорных компьютерах может выполняться только один процесс, а остальные будут в режиме ожидания. Процессы при этом образуют очередь. ОС передает управление первому процессу в очереди, затем второму и так далее.

Фоновый процесс – процесс, выполняемый без непосредственного взаимодействия с пользователем.

Процесс переднего плана – процесс, имеющий потенциальную возможность получить входные данные от пользователя с клавиатуры и вывести результаты своей работы на экран.

Ресурсы – это объекты, используемые в ходе работы процесса: вычислительная мощность процессора, оперативная память, внутренние данные ядра ОС и другие, входящие в информационное окружение. Ресурсом также может быть логический объект, находящийся лишь в пределах самой ОС, например таблица выполняемых процессов или сетевых подключений. Неразделяемые ресурсы не могут использоваться сразу несколькими процессами, а разделяемые могут (схема 2).



Схема 2. Типы ресурсов

СТРУКТУРА ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

О
Ядро
бычно в составе ОС выделяют два уровня: ядро системы и вспомогательные системные программные средства, иногда называемые системными утилитами. Ядро выполняет все функции управления системными ресурсами – как физическими, так и логическими – и разделяет доступ пользователей к этим ресурсам. При помощи утилит пользователь управляет средствами, предоставляемыми ядром. Структура ядра представлена в схеме 3.


Система управления сеансами пользователей

Система управления процессами





Интерфейс



Драйверы устройств



Файловая система

Система ввода/вывода




Схема 3. Структура ядра

Система управления сеансами пользователей регистрирует сеанс пользователя при начале его работы с ОС, хранит оперативную информацию, при помощи системы ввода/вывода поддерживает соответствие пользовательского терминала реальным или виртуальным устройствам, корректно завершает сеанс при окончании работы.

Файловая система выполняет преобразование данных, хранимых на внешних запоминающих устройствах, в логические объекты (файлы).

Система ввода/вывода обрабатывает запросы компонентов ядра и осуществляет их преобразование в вызовы логических устройств.

Драйверы устройств преобразовывают запросы системы ввода/вывода в последовательности команд для аппаратных устройств, а также скрывают особенности их реализации в удобный интерфейс.

КЛАССИФИКАЦИЯ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Операционные системы делятся по числу одновременно обслуживаемых пользователей и по числу одновременно выполняемых процессов (табл. 2).

Однопользовательские	Многопользовательские	Однозадачные	Многозадачные
Поддерживается не более одного сеанса	Одновременно поддерживается множество сеансов	Не более одного работающего процесса	Множество работающих процессов

Таблица 2

В однопользовательских ОС новый сеанс работы пользователя может быть начат только после завершения предыдущего сеанса. При этом новый сеанс имеет то же самое информационное окружение. Для такой системы пользователи неразличимы, поэтому системы управления сеансами и файловая система значительно упрощаются. Однопользовательская ОС может быть как однозадачной, так и многозадачной.

Многопользовательские ОС поддерживают одновременную работу большого количества пользователей. Это в значительной мере усложняет методы управления и файловую систему. Система управления сеансами включает в себя средства идентификации и аутентификации пользователей, связывает каждый сеанс с реальным или виртуальным терминалом, обеспечивает защиту данных сеанса. Система ввода/вывода такой операционной системы разделяет доступ пользователей к устройствам. Чаще многопользовательские ОС являются многозадачными.

Однозадачные ОС предназначены для одновременного выполнения только одного процесса. Сразу после старта системы управление передается программе, играющей роль оболочки. Как правило, одна из функций такой оболочки – запуск других программ. Перед запуском какой-либо программы сохраняется информационное окружение оболочки. Затем процессу этой программы передается полное управление и доступ ко всем ресурсам. По завершению программы освобождается память процесса, восстанавливается информационное окружение оболочки, после чего ОС берет управление на себя. Запуск программ в таких ОС последовательный. В случае, если одной из программ требуется вызвать на выполнение другую программу, метод повторяется.

В многозадачных ОС в один момент времени в системе может быть запущено много процессов. В данном случае система управления процессами включает в себя планировщик процессов, который может:

• 
  создавать и уничтожать процессы
  
• 
  распределять ресурсы между процессами
  
• 
  осуществлять межпроцессное взаимодействие (передача информации от одного процесса к другому)
  
• 
  синхронизация выполнения процессов (предотвращает одновременное использование общего ресурса разными процессами)
  

MS-DOS

MS-DOS (Microsoft Disk Operating System) — дисковая операционная система, являющаяся самой известной ОС среди семейства DOS-совместимых операционных систем и самая используемая среди IBM PC-совместимых компьютеров в 80 – 90-е годы.

(IBMPC – первый массовый персональный компьютер производства фирмы IBM)



Рис. 4. Логотип MS-DOS



Рис. 5. Дискеты установки MS-DOS 5.0

MS-DOS имела интерфейс командной строки и выполняла базовые функции посредника между компьютером и человеком. Данная ОС была однопользовательской и однозадачной. В системе отсутствовала система защиты, поэтому она была ненадежной.



Рис. 6. Интерфейс MS-DOS 7.1

MICROSOFT WINDOWS

Windows – семейство операционных систем корпорации Microsoft, ориентированных на применение графического интерфейса. Самая первая версия семейства – Windows 1.0 – даже не являлась операционной системой, а была графической надстройкой для MS-DOS. Позже эволюция графических систем Windows полностью поглотила ОС с интерфейсом командной строки, так как графический интерфейс значительно упрощал работу с компьютером.



Рис. 7. Интерфейсы Windows 1.0 и Windows 95

Первая полноценная версия ОС Windows была создана в 1995 году и получила название Windows 95. Она являлась многопользовательской и многозадачной.

LINUX

Linux – семейство Unix-подобных операционных систем. Системы Linux как правило создаются и распространяются в соответствии с моделью разработки свободного и открытого программного обеспечения. Это значит, что любой пользователь имеет право на бесплатное использование и изменение программного кода ОС.

(Unix – семейство переносимых, многозадачных и многопользовательских операционных систем)


Рис. 8. Логотип Linux
Большинство пользователей для установки Linux используют дистрибутивы. Поставляемая в рамках дистрибутива операционная система состоит из ядра Linux и, как правило, включает в себя набор библиотек, утилит и приложений, а также графический интерфейс. Самые распространённые дистрибутивы на 2017 год: Linux Mint, Ubuntu, Debian, Fedora. ОС Linux является многопользовательской многозадачной.



Рис. 9. Интерфейс Linux Mint 19 Tara Cinnamon

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время развитие операционных систем не стоит на месте. Ведущие разработчики ОС активно продолжают выпускать новые версии систем с повышенным функционалом и надежностью, с меньшим количеством ошибок и багов.

На сегодняшний день самыми используемыми операционными системами являются системы семейства Windows. Популярнейшими версиями Microsoft Windows являются Windows XP, Windows 7, Windows 8.1 и Windows 10.


Диаграмма 1. Популярность версий ОС Windows (осень 2018)

Яркими конкурентами Windows являются операционные системы macOS и Linux. Однако Windows все же остается лидером в распространенности по миру.



Диаграмма 2. Распространенность ОС

ЛИТЕРАТУРА

1. 
   Синицын С. В. Операционные системы: учебник для студ. учреждений высш. проф. образования. – М.: Издательский центр «Академия», 2013. – 304 с.
   
2. 
   Таненбаум Э., Бос Х. Современные операционные системы. 4-е изд. — СПб.: Питер, 2015. — 1120 с.
   
3. 
   Википедия – свободная энциклопедия. – URL: https://ru.wikipedia.org.